Cette image montre une tempête saturnienne géante qui a été observée dans les longueurs d'onde de l'infrarouge moyen par le très grand télescope de l'Observatoire européen austral en 2011. Les gaz chauds qui alimentent la tempête la font briller vivement par rapport au reste de la planète. Crédit :L. Fletcher (Université de Leicester) et ESO
Si vous arrêtez une personne au hasard sur le trottoir et lui demandez quelle est sa planète préférée, il y a de fortes chances que leur réponse soit Saturne. Les superbes anneaux de Saturne sont un spectacle mémorable dans n'importe quel télescope d'arrière-cour. Mais il y a encore beaucoup à apprendre sur Saturne, en particulier sur la météo et la chimie uniques de la planète, ainsi que l'origine de son opulent système d'anneaux. Après son lancement en 2021, Le télescope spatial James Webb de la NASA observera Saturne, ses anneaux, et famille de lunes dans le cadre d'un programme complet du système solaire.
Cette étude sera menée à travers un programme d'Observations à Temps Garanti dirigé par Heidi Hammel, un astronome planétaire et vice-président exécutif de l'Association des universités pour la recherche en astronomie (AURA) à Washington, D.C. Hammel a été sélectionné par la NASA en tant que scientifique interdisciplinaire Webb en 2002.
"Le but de ce programme est de démontrer les capacités de Webb pour les observations du système solaire, y compris l'observation d'objets brillants, suivi d'objets en mouvement, et repérer des cibles faibles à côté de cibles brillantes, " a expliqué Hammel. " Les données seront mises à la disposition de la communauté du système solaire dès que possible pour leur montrer que Webb peut faire ce que nous leur avons promis. "
Webb reprendra là où le vaisseau spatial Cassini de la NASA s'est arrêté. Cassini a tourné autour de Saturne pendant 13 ans, de 2004 jusqu'à la fin de la mission en 2017, lorsque le vaisseau spatial a plongé dans l'atmosphère de Saturne. Depuis, des programmes comme le programme Outer Planet Atmospheres Legacy du télescope spatial Hubble et des mesures au sol ont été le seul moyen de surveiller Saturne.
Les saisons de Saturne
Saturne connaît des aurores, également appelées aurores boréales et australes, tout comme la Terre. Ici, Les observations en lumière ultraviolette de Hubble d'une aurore sont superposées à une image en lumière visible de la planète. Crédit :NASA, ESA, J. Clarke (Université de Boston), et Z. Levay (STScI)
Saturne est incliné sur son axe tout comme la Terre, et comme résultat, il connaît également des saisons en orbite autour du Soleil. Cependant, puisque l'année saturnienne est de 30 années terrestres, chaque saison dure environ 7-1/2 ans. Cassini est arrivé pendant l'été de l'hémisphère sud (hiver dans l'hémisphère nord). C'est maintenant l'été dans l'hémisphère nord. Les astronomes sont impatients de rechercher les changements saisonniers dans l'atmosphère de Saturne.
"Ces observations nous donneront une analyse complète du système saturnien pour voir ce qui a changé, pour voir comment les saisons ont évolué depuis les derniers aperçus de Cassini et pour exploiter les capacités de Webb que Cassini n'a jamais faites, " a déclaré Leigh Fletcher de l'Université de Leicester, Angleterre, un chercheur principal du programme.
Fin 2010, une tempête monstre a éclaté dans l'hémisphère nord de Saturne. Cela a commencé comme un petit endroit mais a grandi rapidement, jusqu'à fin janvier 2011, il a encerclé la planète. Les astronomes ont été surpris car de telles tempêtes ne se forment normalement qu'après le solstice d'été, qui s'est produit en 2017. Ils surveilleront d'autres tempêtes alors que l'hémisphère nord de Saturne passera de l'été à l'automne au cours de la mission de Webb.
Des couches brumeuses d'hydrocarbures enveloppent la lune de Saturne, Titan. A sa surface, les rivières de méthane se jettent dans les mers bordées de goudron. Crédit :NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Les tempêtes ne sont pas les seuls phénomènes atmosphériques que Saturne et la Terre partagent. Saturne connaît également des aurores, ou aurores boréales et méridionales. Ces aurores déclenchent des changements chimiques dans l'atmosphère de Saturne, briser certaines molécules et permettre à de nouvelles de se former. Webb recherchera les signatures de cette chimie inhabituelle qui brille dans les longueurs d'onde de l'infrarouge moyen, en particulier dans la région polaire nord.
Titan, La plus grande lune de Saturne
La plus grosse lune de Saturne, Titan, tombera également sous le regard puissant de Webb. Titan est unique car c'est la seule lune de notre système solaire avec une atmosphère substantielle. En réalité, c'est plus gros que la planète Mercure. La pression atmosphérique sur Titan est environ 50 % plus élevée que sur Terre. Comme la Terre, cette atmosphère est principalement de l'azote, mais Titan a aussi des hydrocarbures vaporeux comme le méthane. Titan est aussi beaucoup plus froid que la Terre, avec une température de surface d'environ moins 290° Fahrenheit (moins 180° Celsius).
Dans l'atmosphère de Titan, des réactions chimiques modifient constamment sa composition. Les molécules sont décomposées en leurs constituants comme le carbone, hydrogène, l'oxygène et l'azote. Ces atomes forment de nouvelles molécules, qui s'infiltrent dans l'air et s'installent à n'importe quel pôle qui connaît actuellement l'hiver.
les lunes de Jupiter Io et Europe, et les lunes de Saturne Encelade et Titan, montrent une activité géologique remarquable pour leur petite taille, avec des caractéristiques allant des volcans et des panaches d'eau aux océans souterrains possibles. Crédit :J Olmsted (STScI)
"L'atmosphère de Titan est comme un grand laboratoire de chimie, " a déclaré Conor Nixon du Goddard Space Flight Center de la NASA, Ceinture verte, Maryland., un chercheur principal du programme. Nixon et ses collègues utiliseront le spectrographe proche infrarouge de Webb (NIRSpec) et l'imageur infrarouge moyen (MIRI) pour étudier ces molécules de manière beaucoup plus détaillée que les instruments de Cassini ne le permettaient.
Titan est également le seul objet de notre système solaire en dehors de la Terre avec des mers liquides et des lacs à sa surface. Alors que la Terre a un cycle de l'eau dans lequel l'eau s'évapore, tombe comme la pluie, et coule le long des rivières jusqu'à l'océan, Titan connaît un cycle similaire avec le méthane. Sur Titan, les pluies de méthane creusent les lits des rivières à travers la glace d'eau dure comme de la roche avant de se jeter dans les mers bordées de goudron. Cassini et sa sonde Huygens de l'Agence spatiale européenne, qui a atterri sur Titan en 2004, fait des découvertes remarquables sur cette lune saturnienne. Webb étudiera les cycles climatiques saisonniers de Titan pour les comparer aux modèles des astronomes.
"Titan a des nuages et un temps que nous pouvons voir changer en temps réel. Sa chimie est très différente de celle de la Terre, mais c'est quand même bio, la chimie du carbone, " a déclaré Stefanie Milam de la NASA Goddard, un co-chercheur sur le programme.
Alors que la durée de vie de la mission de Webb après le lancement est conçue pour être d'au moins 5 ans et demi, il pourrait potentiellement durer 10 ans ou plus. Par conséquent, il pourrait regarder Saturne passer de l'été du nord à l'équinoxe d'automne et revenir au printemps austral. Cela aurait presque "bouclé le cercle" commencé lorsque Cassini est arrivé pendant l'été austral.
"Nous aurons véritablement couvert une année saturnienne entière. Ce serait une expérience assez révélatrice, " dit Fletcher.
